La fabricación celular es un proceso de fabricación que es una subsección de la fabricación justo a tiempo y la fabricación ajustada que abarca la tecnología de grupo . El objetivo de la fabricación celular es moverse lo más rápido posible, fabricar una amplia variedad de productos similares y al mismo tiempo generar la menor cantidad de residuos posible. La fabricación celular implica el uso de múltiples "celdas" en forma de cadena de montaje . Cada una de estas celdas está compuesta por una o varias máquinas diferentes que realizan una determinada tarea. El producto se mueve de una celda a la siguiente y cada estación completa parte del proceso de fabricación. A menudo, las celdas están dispuestas en un diseño en "forma de U" porque esto permite que el supervisor se mueva menos y tenga la capacidad de supervisar más fácilmente todo el proceso. Una de las mayores ventajas de la fabricación celular es la cantidad de flexibilidad que tiene. Dado que la mayoría de las máquinas son automáticas, se pueden realizar cambios simples muy rápidamente. Esto permite una variedad de escalas para un producto, cambios menores en el diseño general y, en casos extremos, cambiar por completo el diseño general. Estos cambios, aunque tediosos, se pueden realizar de manera extremadamente rápida y precisa. [1]
Una célula se crea consolidando los procesos necesarios para crear un resultado específico, como una pieza o un conjunto de instrucciones. Estas células permiten la reducción de pasos superfluos en el proceso de creación del resultado específico, facilitan la identificación rápida de problemas y fomentan la comunicación entre los empleados dentro de la célula para resolver los problemas que surjan rápidamente. Se dice que, una vez implementada, la fabricación celular genera de manera confiable ganancias masivas en productividad y calidad, al mismo tiempo que reduce la cantidad de inventario, espacio y tiempo de entrega necesarios para crear un producto. Es por esta razón que la célula de flujo de una pieza se ha denominado "lo último en producción ajustada". [1]
La fabricación celular es un derivado de los principios de la tecnología de grupos, que fueron propuestos por el industrial estadounidense Ralph Flanders en 1925 [2] y adoptados en Rusia por el científico Sergei Mitrofanov en 1933 (cuyo libro sobre el tema [3] fue traducido al inglés en 1959). Burbidge promovió activamente la tecnología de grupos en la década de 1970. [4] "Aparentemente, las empresas japonesas comenzaron a implementar la fabricación celular en algún momento de la década de 1970", y en la década de 1980 las células migraron a los Estados Unidos como un elemento de la producción justo a tiempo (JIT). [5]
Uno de los primeros libros en inglés que analizaba la fabricación celular, el de Hall en 1983, se refería a una célula como una “línea U”, por la configuración común o ideal en forma de U de una célula [6] —ideal porque esa forma pone todos los procesos y operarios de la célula en un grupo, lo que permite una alta visibilidad y contacto. En 1990, las células habían llegado a ser tratadas como prácticas fundamentales en la fabricación JIT, tanto que Harmon y Peterson, en su libro Reinventing the Factory , incluyeron una sección titulada “Cell: Fundamental Factory of the Future” [Célula: fábrica fundamental del futuro] [7] . La fabricación celular se impulsó en la década de 1990, cuando el justo a tiempo pasó a llamarse fabricación esbelta [8] . Finalmente, cuando el JIT/lean se volvió ampliamente atractivo en el sector de servicios, los conceptos celulares encontraron su camino en ese ámbito; por ejemplo, el capítulo final de Hyer y Wemmerlöv está dedicado a las células de oficina [9] .
Las celdas se crean en un lugar de trabajo para facilitar el flujo. Esto se logra reuniendo operaciones o máquinas o personas involucradas en una secuencia de procesamiento del flujo natural de un producto y agrupándolas cerca unas de otras, distintas de otros grupos. Esta agrupación se llama celda. Estas celdas se utilizan para mejorar muchos factores en un entorno de fabricación al permitir que se produzca un flujo de una sola pieza . [1] [10] Un ejemplo de flujo de una sola pieza sería la producción de una pieza de caja metálica que llega a la fábrica desde el proveedor en piezas separadas, lo que requiere ensamblaje. Primero, las piezas se trasladarían desde el almacenamiento a la celda, donde se soldarían juntas, luego se pulirían, luego se recubrirían y, finalmente, se empaquetarían. Todos estos pasos se completarían en una sola celda, a fin de minimizar varios factores (llamados procesos/pasos sin valor agregado ) como el tiempo necesario para transportar materiales entre los pasos. Algunos formatos comunes de celdas individuales son: la forma de U (buena para la comunicación y el movimiento rápido de los trabajadores), la línea recta o la forma de L. La cantidad de trabajadores dentro de estas formaciones depende de la demanda actual y se puede modular para aumentar o disminuir la producción. Por ejemplo, si una celda está ocupada normalmente por dos trabajadores y la demanda se duplica, se deben colocar cuatro trabajadores en la celda. De manera similar, si la demanda se reduce a la mitad, un trabajador ocupará la celda. Dado que las celdas tienen una variedad de equipos diferentes, es un requisito que cualquier empleado sea experto en múltiples procesos. [1]
Si bien la formación de celdas tiene muchas ventajas, también hay algunos beneficios obvios. Al observar las celdas, resulta evidente rápidamente dónde se encuentran las ineficiencias, como cuando un empleado está demasiado ocupado o relativamente inactivo. Resolver estas ineficiencias puede aumentar la producción y la productividad hasta en un 100 % o más en muchos casos. Además, la formación de celdas libera espacio en el entorno de fabricación/ensamblaje (al tener inventario solo donde es absolutamente necesario), mejora la seguridad en el entorno de trabajo (debido a que se manejan cantidades menores de producto/inventario), mejora la moral (al transmitir sentimientos de logro y satisfacción a los empleados), reduce el costo del inventario y reduce la obsolescencia del inventario. [1]
Cuando la formación de una célula resulta demasiado difícil, se aplica un principio simple para mejorar la eficiencia y el flujo, es decir, realizar procesos en una ubicación específica y reunir materiales en ese punto a una velocidad determinada por una media de la demanda del cliente (esta velocidad se denomina tiempo takt ). Esto se conoce como el proceso marcapasos. [10]
A pesar de las ventajas de diseñar para un flujo de una sola pieza, la formación de una celda debe considerarse cuidadosamente antes de la implementación. El uso de equipos costosos y complejos que tienden a romperse puede causar demoras masivas en la producción y arruinará la producción hasta que se pueda volver a poner en funcionamiento. [1]
"Una célula es una pequeña unidad organizativa... diseñada para explotar similitudes en la forma de procesar información, fabricar productos y atender a los clientes. Las células de fabricación [ubican de cerca] a las personas y el equipo necesarios para procesar familias de productos similares. [Antes de la celularización, las piezas] pueden haber viajado kilómetros para visitar todo el equipo y la mano de obra necesarios para su fabricación... Después de la reorganización, las familias de piezas similares se producen juntas dentro de los confines físicos de las células que albergan la mayoría o la totalidad de los recursos necesarios... facilitando el flujo rápido y el procesamiento eficiente de material e información... Además, los operadores de células pueden recibir formación cruzada en varias máquinas, participar en la rotación de puestos de trabajo y asumir responsabilidades por tareas [que] anteriormente pertenecían a supervisores y personal de apoyo [incluidas] actividades como la planificación y la programación, el control de calidad, la resolución de problemas, el pedido de piezas, la interacción con clientes y proveedores y el mantenimiento de registros". [11]
Las cortas distancias de viaje dentro de las celdas sirven para acelerar los flujos. Además, la compacidad de una celda minimiza el espacio que podría permitir acumulaciones de inventario entre las estaciones de la celda. Para formalizar esa ventaja, las celdas a menudo tienen reglas diseñadas o dispositivos físicos que limitan la cantidad de inventario entre las estaciones. Dicha regla se conoce, en la jerga JIT/lean, como kanban (del japonés), que establece un número máximo de unidades permitidas entre una estación de trabajo proveedora y una usuaria. (En [12] se encuentran análisis e ilustraciones de celdas en combinación con kanban ). La forma más simple, los cuadrados kanban, son áreas marcadas en pisos o mesas entre las estaciones de trabajo. La regla, aplicada a la estación de producción: "Si todos los cuadrados están llenos, deténgase. Si no, llénelos". [13]
Una célula de oficina aplica las mismas ideas: grupos de miembros de equipos celulares ampliamente capacitados que, en conjunto, manejan rápidamente todo el procesamiento para una familia de servicios o clientes. [14]
Una célula virtual es una variante en la que todos los recursos de la célula no se reúnen en un espacio físico. En una célula virtual, como en el modelo estándar, los miembros del equipo y su equipo se dedican a una familia de productos o servicios. Aunque las personas y el equipo están físicamente dispersos, como en un taller, su enfoque estrecho en el producto apunta a lograr un rendimiento rápido, con todas sus ventajas, tal como si el equipo se trasladara a un clúster celular. [15] Al carecer de la visibilidad de las células físicas, las células virtuales pueden emplear la disciplina de las reglas kanban para vincular estrechamente los flujos de un proceso a otro.
Una descripción sencilla pero bastante completa de la implementación de las células proviene de un folleto de 96 páginas de 1985 de Kone Corp. en Finlandia, fabricante de ascensores, escaleras mecánicas y similares. A continuación, se incluyen algunos extractos:
"El primer paso consistió en crear células en los departamentos de ensamblaje, pruebas eléctricas y químicas. En abril de 1984 se establecieron seis células, identificadas por diferentes colores... Todos los dispositivos fabricados en células se identifican por el color de la célula, y toda la información del control de calidad se dirige directamente a los trabajadores de la célula en cuestión... El segundo paso, en el verano de 1984, fue "celularizar" la fabricación de los subconjuntos de analizadores [que son] necesarios en las células de analizadores, y probarlos si es necesario. La producción de las cinco células de subconjuntos consiste exclusivamente en ciertas subunidades de analizadores. Las piezas y los materiales se encuentran en las células... El control de materiales entre las células se basa en el sistema de extracción y la demanda real. En las células de analizadores hay un buffer que consta de dos piezas para cada subunidad (aproximadamente 25 diferentes). Cuando se lleva una pieza al ensamblaje, se pide una nueva de la célula unitaria correspondiente. El pedido se realiza [utilizando] un botón magnético [kanban], que identifica la célula de pedido (por color), la unidad (por código) y la fecha del pedido... Cuando "Una vez que la célula de fabricación ha completado el pedido, la unidad se lleva con el botón [kanban] a su lugar en el estante de la célula de pedidos. Los pedidos de las células unitarias a las subceldas se basan en el mismo principio. La única diferencia es que el tamaño del búfer es de seis subunidades. Este [procedimiento] se implementó en agosto de 1984". [16]
Para implementar la fabricación celular, se deben realizar varios pasos. Primero, las piezas que se fabricarán deben agruparse por similitud (en diseño o requisitos de fabricación) en familias. [17] Luego, se debe realizar un análisis sistemático de cada familia; típicamente en forma de análisis de flujo de producción (PFA) para familias de fabricación, o en el examen de datos de diseño/producto para familias de diseño. [17] Este análisis puede consumir mucho tiempo y ser costoso, pero es importante porque se debe crear una celda para cada familia de piezas. La agrupación de máquinas y piezas es uno de los métodos de análisis de flujo de producción más populares. Los algoritmos para agrupar piezas de máquinas incluyen la agrupación por orden de rango, la agrupación por orden de rango modificada [18] y los coeficientes de similitud.
También hay una serie de modelos matemáticos y algoritmos para ayudar en la planificación de un centro de fabricación celular, que tienen en cuenta una variedad de variables importantes como, "múltiples ubicaciones de plantas, asignaciones de múltiples mercados con planificación de producción y varias combinaciones de piezas". [19] Una vez que se determinan estas variables con un nivel dado de incertidumbre, se pueden realizar optimizaciones para minimizar factores como, "costo total de mantenimiento, manejo de material entre celdas, transporte externo, costo fijo para producir cada pieza en cada planta, salarios de máquinas y mano de obra". [19]
La clave para crear flujo es la mejora continua de los procesos de producción. Tras la implementación de la fabricación celular, la dirección suele "encontrar una fuerte resistencia por parte de los trabajadores de producción". [1] Será beneficioso permitir que el cambio a la fabricación celular se produzca de forma gradual. En este proceso.
También es difícil luchar contra el deseo de tener algo de inventario a mano. Es tentador, ya que sería más fácil recuperarse de un empleado que de repente tiene que tomar una licencia por enfermedad . Desafortunadamente, en la fabricación celular, es importante recordar los principios fundamentales: "O nos hundimos o nadamos juntos como una unidad" y que "el inventario esconde problemas e ineficiencias". [1] Si los problemas no se identifican y luego se resuelven, el proceso no mejorará.
Otro conjunto común de problemas surge de la necesidad de transferir materiales entre operaciones. Estos problemas incluyen, "elementos excepcionales, número de huecos, distancias entre máquinas, máquinas y piezas que generan cuellos de botella, ubicación y reubicación de máquinas, enrutamiento de piezas, variación de carga de celdas, transferencia de material intercelular e intracelular, reconfiguración de celdas, demandas dinámicas de piezas y tiempos de operación y finalización". [20] Estas dificultades deben considerarse y abordarse para crear un flujo eficiente en la fabricación celular.
La fabricación celular reúne procesos dispersos para formar rutas cortas y focalizadas en un espacio físico concentrado. Así construida, por lógica, una célula reduce el tiempo de flujo, la distancia de flujo, el espacio en planta, el inventario, la manipulación, la programación de transacciones y los desechos y el retrabajo (esto último debido al rápido descubrimiento de las no conformidades). Además, las células conducen a un cálculo de costos simplificado y de mayor validez, ya que los costos de producción de artículos están contenidos dentro de la célula en lugar de estar dispersos en la distancia y el paso del tiempo de presentación de informes. [21] [22]
La fabricación celular facilita tanto la producción como el control de calidad. [17] Las células que tienen un rendimiento inferior en volumen o calidad se pueden aislar fácilmente y orientar para su mejora. La segmentación del proceso de producción permite localizar fácilmente los problemas y resulta más claro qué partes se ven afectadas por el problema.
También existen una serie de beneficios para los empleados que trabajan en la fabricación celular. La estructura de celdas pequeñas mejora la cohesión del grupo y reduce la escala del proceso de fabricación a un nivel más manejable para los trabajadores. [17] Los trabajadores pueden ver más fácilmente los problemas o las posibles mejoras dentro de sus propias celdas y tienden a estar más motivados para proponer cambios. [17] Además, estas mejoras que son impulsadas por los propios trabajadores generan cada vez menos necesidad de gestión, por lo que con el tiempo se pueden reducir los costos generales. [17] Además, los trabajadores a menudo pueden rotar entre tareas dentro de su celda, lo que ofrece variedad en su trabajo. Esto puede aumentar aún más la eficiencia porque la monotonía laboral se ha relacionado con el ausentismo y la reducción de la calidad de la producción. [19]
Los estudios de casos de producción justo a tiempo y de producción eficiente están repletos de impresionantes medidas cuantitativas en ese sentido. Por ejemplo, BAE Systems, Platform Solutions (Fort Wayne, Indiana), que produce monitores y controles para motores de aeronaves, implementó celdas para el 80 por ciento de la producción, lo que redujo el tiempo de entrega al cliente en un 90 por ciento, el inventario de trabajo en proceso en un 70 por ciento, el espacio para una familia de productos de 6.000 pies cuadrados a 1.200 pies cuadrados, al tiempo que aumentó la confiabilidad del producto en un 300 por ciento, capacitó a la fuerza laboral de los talleres sindicalizados en múltiples áreas y fue designada como la Mejor Planta de Industry Week del año 2000. [23] Cinco años después, se habían reducido el retrabajo y los desechos en un 50 por ciento, los ciclos de introducción de nuevos productos en un 60 por ciento y las transacciones en un 90 por ciento, al tiempo que se triplicaron las rotaciones de inventario y los tiempos de servicio en un 30 por ciento, y se le otorgó un Premio Shingo en el año 2005. [24]
Parece difícil aislar cuánto de esos beneficios se derivan de la propia organización celular; entre los muchos estudios de caso investigados para este artículo, pocos incluyen intentos de aislar los beneficios. Una excepción es la afirmación de Steward, Inc. (Chattanooga, Tennessee), que produce piezas de ferrita de níquel-cinc para la supresión de interferencias electromagnéticas. Según los autores del estudio de caso, las células dieron como resultado reducciones del tiempo de ciclo de 14 a 2 días, de los inventarios de trabajo en proceso en un 80 por ciento, de los inventarios terminados en un 60 por ciento, de los retrasos en un 96 por ciento y de espacio en un 56 por ciento. [25]
Otro estudio de caso sobre células incluye estimaciones cuantitativas del grado en que las células contribuyeron a los beneficios generales. En Hughes Ground Systems Group (Fullerton, California), que produce tarjetas de circuitos para equipos de defensa, se puso en marcha la primera célula, que comenzó como un proyecto piloto con 15 voluntarios, en 1987. Un mes después se puso en marcha una segunda célula y, en 1992, todos los empleados de producción, unos 150, se habían integrado en siete células. Antes de las células, el tiempo del ciclo de las tarjetas de circuitos, desde la liberación del kit hasta el envío al cliente, era de 38 semanas. Una vez que las células se hicieron cargo de la secuencia de producción completa (montaje mecánico, soldadura por ola, ciclo térmico y revestimiento de conformación), el tiempo del ciclo se redujo a 30,5 semanas, de las cuales el director de producción John Reiss atribuyó 20 semanas al uso de un "sistema de gráfico de trabajo en curso" por parte de los equipos de las células y las otras 10,5 semanas a la propia organización celular. Más tarde, cuando parecía que las celdas eran demasiado grandes y engorrosas, se redujeron los tamaños de las celdas en dos tercios, lo que dio como resultado “micro celdas” que acortaron el tiempo del ciclo en otras 1,5 semanas. Finalmente, al adoptar otras mejoras, los tiempos del ciclo se redujeron a cuatro semanas. Otras mejoras incluyeron la reducción del inventario de trabajo en proceso de 6 o 7 días a un día y el porcentaje de defectuosos de 0,04 a 0,01 [26]. El cambio de un diseño funcional (taller de trabajo) a celdas a menudo tiene un costo neto negativo, ya que la celda reduce los costos de transporte, inventario de trabajo en proceso y terminado, transacciones y retrabajo. [27] Sin embargo, cuando se deben mover equipos grandes, pesados y costosos (a veces llamados “monumentos” en la jerga lean), los costos iniciales pueden ser altos hasta el punto de que las celdas no sean viables. [28]
Existen varias limitaciones posibles para la implementación de la fabricación celular. Algunos sostienen que la fabricación celular puede conducir a una disminución de la flexibilidad de producción. [17] Las celdas suelen estar diseñadas para mantener un volumen de flujo específico de piezas que se producen. Si la demanda o la cantidad necesaria disminuyen, es posible que haya que realinear las celdas para que se ajusten a los nuevos requisitos, lo que es una operación costosa y que no suele requerirse en otras configuraciones de fabricación. [17]